Evolution of tails in Swallowtail butterflies (Papilionidae, Lepidoptera) : macro-evolutionary and experimental approaches
Evolution des queues chez les Papilionidae (Lepidoptera) : approche macro-évolutive et expérimentale
Résumé
Butterfly wings are extremely diversified in size, shape and colours, yet the origin of this diversity is obscure. My PhD thesis aims at contributing to fill this knowledge gap by focusing on wing shape evolution, that is particularly poorly understood, and applying micro- and macro-evolutionary approaches.Hindwings of many butterflies harbour tails, often in association with conspicuous colour patterns. While this trait is particularly striking, the factors shaping its evolution are unknown. Do tails affect the aerodynamics of flight? Do they deflect predator's attacks and evolve under the selective pressure of predation? Do tails affect the evolution of forewings shape that play a predominant role in flapping flight?To answer these questions, I first studied the evolution of fore- and hindwing shape at a large phylogenetic scale using geometric morphometrics. The precise phylogenetic context allowed me to show that while both wings do not evolve independently, the hindwing is much more labile and evolves faster than the forewing. My results support an evolution under stabilizing selection for forewing, and under more heterogeneous selection for hindwing.To indentify these selective pressures, I then turned to micro-evolutionary, species level approaches, by focusing on the scarce swallowtail (Iphiclides podalirius). In a series of behavioural experiments with captive birds, I showed that tails have a strong effect of attack deflection, consistent with a role of selection by predators in the evolution of tails. I then conducted flight analyses of phenotypically altered butterflies, that showed that tails play an important role in flight, by enhancing flight stability and acceleration.These results suggest that tails are submitted to diverse selective pressures - sometimes antagonistic - that shape their evolution, thereby also affecting the evolution of forewing shape, but also likely the evolution of colour patterns.This work illustrates the importance of interactions between selection and constraints for phenotypic evolution of complex traits.
Les ailes des papillons présentent une extrême diversité de formes, de tailles et de couleurs, dont l’origine évolutive est obscure. Par la combinaison d'approches macro- et micro-évolutives, ma thèse vise à contribuer à combler cette lacune en focalisant sur la forme des ailes, dont l’évolution particulièrement mal comprise.Les ailes postérieures de nombreux papillons présentent des queues, excroissances membranaires souvent associées à des motifs de couleurs vives. Alors que ce trait est particulièrement spectaculaire, les déterminants de son évolution sont méconnus. Les queues affectent-elles le vol ? Ont-elles un effet déflecteur d’attaques de prédateurs, et évoluent-elles en réponse à une sélection liée à la prédation ? Leur présence affecte-elle l’évolution de la forme des ailes antérieures, censées jouer un rôle prépondérant dans le vol battu, ou les deux paires d’ailes évoluent-elles de façon indépendante ?Pour répondre à ces questions, j’ai d’abord étudié l’évolution des ailes antérieures et postérieures à très large échelle phylogénétique, en quantifiant leur forme par une approche de morphométrie géométrique. Menée dans un cadre phylogénétique précis, cette étude a permis de montrer que si les deux paires d’ailes n’évoluent pas de façon indépendante, la forme de l’aile postérieure est beaucoup plus labile et présente des vitesses d’évolution supérieures à celles de l’aile antérieure. Mes résultats soutiennent un modèle d’évolution sous sélection stabilisante pour les ailes antérieures, et une sélection plus hétérogène pour les ailes postérieures. Pour identifier ces pressions de sélection, j'ai alors travaillé à l’échelle spécifique, en utilisant le Flambé (Iphiclides podalirius), comme modèle. Dans une série d’expériences comportementales avec des oiseaux en captivité, j’ai montré que les queues ont un fort effet déflecteur d’attaques, en accord avec un rôle prépondérant de la sélection par les prédateurs dans l’évolution des queues. Mes expériences d’analyses de vol ont ensuite montré que les queues jouent également un rôle important dans le vol, en contribuant à une meilleure stabilité, et de meilleures capacités d’accélération.Ces résultats suggèrent que les queues sont soumises à une diversité de pressions de sélection, parfois antagoniques, qui façonnent l’évolution de la forme des ailes postérieures, et affectent en retour celle des ailes antérieures, mais probablement aussi l’évolution des patrons de coloration. Ce travail illustre l’importance des interactions entre sélection et contraintes dans l’évolution phénotypique des traits complexes.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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